具有一般型线的指尖密封性能优化设计

提出基于曲线弧函数s的曲线切向角θ的多项式方程,来表示满足指尖梁成形要求的任意可能的凸、凹型线。利用Taylor级数获得一般型线的通用表达式和特征参数,建立了以低泄漏率和低磨损率为目标的优化模型,从而实现指尖梁形状优化与其他几何结构尺寸的同步优化。优化算例结果表明:经双目标优化设计可以获得综合性能良好的一般型线指尖密封结构形式;与现有圆弧型线和渐开线型线指尖密封优化结果相比,一般上凸型线指尖密封综合性能与圆弧型线和渐开线型线指尖密封相当,一般上凹型线指尖密封在满足低泄漏性能上具有明显优势。     

碳/碳复合材料旋转指尖密封性能分析

指尖密封是近年来研究较为广泛的一种密封形式,涉及的指尖密封多与静止部件连接而呈静止状（静止指尖密封）,理论与试验研究围绕着密封泄漏和磨损性能改善而开展。提出旋转指尖密封的概念和结构,并利用碳/碳复合材料的良好自润滑性能,探索这一指尖密封新结构对泄漏性能改善的可能及机理。通过"外伸式"和"内伸式"旋转指尖密封有限元性能分析模型,分析了结构、工况以及材料参数等对两种旋转指尖密封性能的影响规律,与静止指尖密封密封性能的对比表明,外伸式旋转指尖密封具有在较高转速或跳动量下仍能维持平稳低泄漏率的特质,而内伸式旋转指尖密封的泄漏率却随着转速增大而增大,因而前者对于高速工况下的航空发动机转子密封更具应用潜质。并探索了旋转指尖密封在轴间密封工程应用的可行性,有助于航空发动机轴间密封新构型设计思路开拓、以及密封结构和性能设计的技术选择。     

背压腔结构对压力平衡型指尖密封性能的影响分析

采用有限元法分析了背压腔结构变化对压力平衡型指尖密封性能的影响程度和规律 ,探讨了背压腔设置位置和背压腔大小在不同密封流体压差和转子径向跳动量条件下 ,对指尖密封的迟滞率和转子 /指尖靴接触区接触压力的影响规律 ,以便为在保证不发生背压腔泄漏的条件下 ,合理设计背压腔的位置和尺寸提供理论和参考依据。     

指尖密封结构参数的多目标混合教与学优化方法

作为一种先进柔性密封，指尖密封结构参数对其性能的影响较为复杂，传统建模方法难以有效刻画两者间的映射关系，这导致指尖密封结构参数的优化难以实现。为此，首先利用BP神经网络构建迟滞率、平均接触压力和基圆半径、指尖梁个数等多个结构参数间的拟合关系，并在此基础上建立同时最小化迟滞率和平均接触压力(Minimize hysteresis-rate and average contact pressure,MHACP)的多目标优化问题模型；然后，设计结合Pareto支配法的混合教与学优化方法(Hybrid teaching-learning-based optimization,HTLBO)对所建模型进行求解；最后，通过仿真实验对BP神经网络、MHACP和HTLBO进行验证。结果表明：BP神经网络的整体线性回归拟合度超过0.99;95%置信区间(Confidence interval,CI)下，MHACP的仿真结果在等价区间[0.7,1]上与ANSYS等效，说明MHACP可以较好地反映指尖密封结构的特性，通过对MHACP的求解可以实现对指尖密封结构参数的优化；HTLBO具有较好的稳定性和优化性能，...     

后遮流板结构尺寸对指尖密封性能影响的研究

采用有限元接触模型分析了在不同压差条件下，三种后遮流板结构尺寸对指尖密封的迟滞特性和刚度的影响。研究表明，后遮流板结构尺寸在不同压差条件下对指尖密封迟滞特性和刚度的影响表现出不同的特点。从综合影响角度考虑，具有较小后遮流板内径的指尖密封体现出更为优良的低迟滞和低刚度的综合特性。     

指尖密封性能与结构特征的灰关联熵分析

采用均匀设计安排各结构特征对指尖密封迟滞和磨损性能影响的有限元仿真试验方案,通过有限元计算获得了结构特征参数和指尖密封迟滞率及接触压力等指尖密封性能的关系,运用肤关联熵技术分析了各结构特征对迟滞和磨损性能影响的主次关系和影响程度。结果表明：从本文给出的较宽的结构参数范围来看,轴向厚度组合情况对迟滞率的影响较大,型线类型对迟滞率的影响较小;指尖个数对接触压力的影响较大,型线类型对接触压力的影响较小。算例的计算结果证明了本文分析方法的正确性。     

指尖密封性能与结构参数的灵敏度分析

采用二次正交旋转组合方法,设计了渐开线型指尖密封结构参数和密封性能关系的实验方案,通过有限元计算获得了指尖密封结构参数对指尖密封泄漏率和磨损率的影响规律,并应用范数灰关联方法定量分析了结构参数对泄漏率和磨损率的影响程度.结果表明,指尖曲梁的宽度角对密封泄漏率的影响最大,渐开线基圆半径对密封磨损率的影响最大.     

考虑渐进磨损效应的指尖密封流-固耦合性能分析*

转子的高速转动会造成指尖密封的渐进磨损,进而会对指尖密封的泄漏性能产生影响。考虑渐进磨损效应对指尖密封的影响,建立指尖密封流-固耦合动态性能分析有限元模型,研究指尖密封泄漏性能随服役时间增长的变化规律。结果表明:随着服役时间的增长,指尖密封的接触压力、指尖靴(径向)尺寸以及指尖密封的泄漏率均呈现出非线性变化趋势,且随服役时间的增长,考虑渐进磨损效应与否的指尖密封动态性能间的差异会随之增大。通过指尖密封泄漏性能试验,验证了所构建的考虑渐进磨损效应的指尖密封流-固耦合动态性能分析模型,并根据指尖密封的泄漏性能随服役时间增长的变化规律拟合寿命评估数学模型,经外推后可实现对指尖密封寿命的预测。     

基于多工况要求的低迟滞指尖密封结构优化

针对目前指尖密封优化设计中存在的工况局限性问题,根据指尖密封的实际工作要求确定了相应的工况条件;以低迟滞率为优化目标,分别对不同工况条件下的指尖密封进行了结构参数优化分析;通过综合分析其优化计算结果发现,可将转子的跳动量进行分组,并找到适宜于该组范围内的指尖密封优化新结构。经实例验证表明,这种新结构参数的指尖密封与各单一工况下的指尖密封优化结果十分接近,从而满足了指尖密封多工况条件下的低迟滞结构优化要求。     

基于ANSYS的指尖密封结构综合性能优化

针对指尖密封低迟滞、低刚度这一对相互矛盾的目标要求,通过ANSYS软件计算出指尖密封的迟滞率和刚度,依据单目标优化迭代过程中刚度和迟滞率的变化趋势,找到指尖密封综合性能优化的非劣解,并依据工况性能要求确定最终优化解.实例计算说明这是一种获得指尖密封综合性能优化结果的有效途径.     

压力平衡型指尖密封泄漏特性试验研究

模拟航空发动机静态和动态工况,试验研究转速、压比和温度等参数对压力平衡型指尖密封泄漏特性的影响规律,并比较标准型指尖密封和压力平衡型指尖密封的性能。试验结果表明:压力平衡型指尖密封能有效缓解滞后现象,具有优异的密封性能;随着压比的上升,泄漏参数先急剧上升,然后趋于定值;随着温度、转速的上升,泄漏参数减小;与标准型指尖密封相比,350℃高温工况下压力平衡型指尖密封的静态泄漏参数下降约29.4%,动态泄漏参数下降约34.2%。     

机械密封端面温度近似解析计算的新方法

常见的机械密封端面温度近似解析法均将静环表面作为绝热边界处理,未考虑热量从静环上的传递,计算结果存在误差.根据明确定义的热传导角,考虑热量在机械密封动静环端面的分配,建立混合摩擦状况及全液体润滑状况下机械密封端面温度计算模型,获得一种更合理地确定机械密封环端面温度分布的近似解析方法.与常见的其他近似解析方法相比,该方法概念明确、计算简洁,计算结果更接近实际.分析端面温度分布的影响因素及其影响规律,结果表明角速度、导热系数比、努赛尔数、微凸体接触的当量压力对端面温度分布有明显影响.     

国外新型旋转轴用密封装置

介绍了国外近年来研制和获得专利的旋转轴用各种密封装置，对这些密封装置的结构、工作原理和应用范围进行了阐述。     

基于Nash均衡博弈模型的铣削参数多目标优化设计

采用铣削加工的单件生产时间和单件生产成本为目标函数,建立铣削参数的多目标优化模型.运用多目标博弈设计方法,将2个设计目标视为2个博弈方,特设计变量集合分解为各博弈方拥有的策略空间.采用Nash均衡博弈模型,各博弈方分别以自身博弈得益函数为目标,在各自的策略空间中进行单目标优化,获得本博弈方对其余博弈方的最佳对策,所有博弈方的最佳对策形成一轮博弈的策略组合,并根据收敛判别,通过多轮博弈,获得最终的博弈解.对实际算例进行了设计,计算结果显示了博弈方法的有效性.     

指尖密封流动与变形三维双向耦合分析

针对指尖密封提出泄漏流动和固体变形的三维双向耦合计算方法。该方法采用多孔介质模型计算密封片组泄漏流场,将流场计算得到的压力分布加载到有限元模型上进行密封的固体变形计算,再根据变形计算结果更新多孔介质模型参数,重新计算泄漏流动;如此重复,直至泄漏流动和固体变形计算均达到收敛。采用该计算方法,对不同压差下指尖密封的泄漏流动与固体变形进行计算。计算结果表明：流动与变形的耦合计算经过3次迭代达到收敛;指尖密封结构的压降、泄漏及变形主要发生在指尖靴区域,密封片组的最大变形主要取决于径向变形;当上下游压差从0.1 MPa增大至0.5 MPa,密封片的最大径向变形增大约2%,最大轴向变形增大约400%,泄漏量增大约130%。     

新型垂荡结构对钻井平台的性能优化研究

设计、研究一种新型结构的双浮体四立柱半潜式钻井平台,论证新型垂荡结构是否能够有效减小平台的垂荡响应。通过workbench建立双浮体四立柱原平台三维湿表面模型和新型结构的平台模型,通过数值模拟仿真分析,得到需要的数据进行综合评价。分析数据得出,增加新型垂荡结构的平台垂荡附加质量约增加一倍,平台在浪向角为0、45°、90°时垂荡响应的最小值、最大值、均值都有所减小,且垂荡响应最大值减小的较为明显。所设计的新型结构半潜式钻井平台能有效的降低平台的垂荡运动。     

新一代低摩擦、长寿命、高可靠性的同轴密封

20 0 1年中国 (上海 )国际动力传动与控制技术展览会 (ＰＴＣＣＨＩＮＡ 2 0 0 1)已胜利落下帷幕。作为世界著名密封件和减震元件制造商的德国ＦＲＥＵＤＥＮＢＥＲＧ集团在展会期间推出了一款令人耳目一新的专利产品———《ＳＹＰＲＩＭＯＭＳ ＰＲ》如图1所示。此新品的最大特点是 :● 具有泄压启动压力仅为 1ｂａｒ的自动泄压功能●用作活塞杆密封系统的主密封 ,可确保密封系统无长时间的背压形成和困油现象的出现●在所有的工况条件下密封件滑环都有稳定的姿态 ,密封件有很稳定的密封性能和泵油功能●为填充聚四氟乙烯滑环和橡胶弹性体…     

熔体泵用螺旋密封的优化模型与优化计算

以密封系数最大为优化目标函数，考虑了相对槽深、相对槽宽和螺旋角等约束条件，建立了螺套式螺旋密封封液能力优化的数学模型。采用MATLAB优化工具箱对螺套式螺旋密封的封液能力进行了优化计算，相比于传统的“直接法-变量轮换法”，此方法具有简单易行、计算量小，不依赖于密封操作参数等优点，具有较好的通用性。通过具体实例计算和应用证明了该方法的可行性。     

深水套筒式连接器卡爪机构设计优化

目前我国深水油气的开发技术刚刚起步,锁紧技术还属空白。卡爪作为深水套筒式连接器的关键部件,其结构十分复杂。通过对连接器锁紧机构进行力学分析,研究在同等内部介质压力作用下摩擦因子及其重要角度参数与所需液压缸预紧力的作用关系,并优化出相关参数的推荐值,为今后样机设计提供了理论依据。之后,在Hypermesh中对卡爪模型建模,以Optistruct为求解器,以卡爪最恶劣的服役工况下的载荷为设计基准,对卡爪结构进行拓扑优化,在满足加工工艺和考虑成本的前提下,优化了卡爪上下两端的自由尺寸,优化后卡爪同样满足强度要求,且质量降低了16.1%,到达了轻量化设计的目的。